国内外仿生机器鱼研究均面临的问题

2020-12-16 17:09:20 250

①鱼类推进机理的进一步研究

成型的机器鱼推进效率、推进速度、加速特性、升潜速度以及转弯半径仍和真鱼有很大差距。提高机器鱼推进性能和机动性能指标的基础就是开展更为深入的鱼类推进机理的研究,对鱼类游动过程中鱼体及尾鳍运动参数进行研究,分析鱼类的减阻机制和快速启动机理,分析机器鱼快速转向机理,分析各类鱼鳍在鱼类游动过程中的作用。

②新型仿生机器鱼的研制

新型仿生机器鱼的研究是目前仿鱼水下推进器研究领域的热点,对不同推进模式的鱼类的仿生研究的发展仍将不断持续下去。此外,前人研制的机器鱼大多为刚性,因此普遍存在效率不高、机动性能低的特点,高弹性机器鱼的研究有利于提高机器鱼的推进效率,使得机器鱼尾鳍运动更加逼近真鱼尾鳍运动规律。

③完善的、适用于控制系统设计的机器鱼动力学模型的研究

机器鱼动力学模型是仿鱼水下推进器结构设计和控制系统设计的基础。前人提出的鱼类波状游动的动力学模型计算量大、过于繁琐,很难应用到实际当中。因此,考虑鱼体刚性和鱼体摆动以及尾部涡流的影响,建立适用于控制系统设计的两关节机器鱼三维游动的动力学模型:是机器鱼实用化的关键问题。

④机器鱼控制系统和传感系统的研究

研究机器鱼闭环控制系统,主要包括速度控制、升潜控制以及转向控制,在此基础上研究传感系统,实现机器鱼的水下自主导航和水下避障。

⑤新型机器鱼材料的研究

主要是研究适用于鱼体和尾鳍的材料,降低机器鱼推进阻力,提高尾鳍推进效率,改善尾部涡流。

⑥仿生机器鱼的能源供给

仿生机器鱼的续航能力是制约其水下活动的关键。大多数的机器鱼都采用电池作为能源,但受体积和重量的制约使得机器鱼往往只能在水下工作几小时。伴随着相关技术的发展,太阳能、波浪能和潮汐能等新型能源,成为机器鱼获得能源补给的新途径。通过结构优化和增加辅助装置使机器鱼能够在水下获得持续的能源供给是仿生机器鱼研究的重要方向。

⑦水下通讯技术

在水下作业时,仿生机器鱼的控制指令、游动状态反馈和图像信息的传输,主要依赖水声通讯来实现,由于声音在水中的传播速度远远低于光速,因此产生很大传输时延,难以对机器鱼实现实时控制,而且传输距离还受载波频率和发射频率的限制。近年来,科研人员采用GPS通讯设备来为机器鱼提供定位和导航,但机器鱼只能通过定期的上浮来进行通讯,不能从根本.上实现实时控制。具有传输范围广、延时小、准确率高等特点的水下通讯技术的研究将大大推动仿生机器鱼的研究。

总之,仿生机器鱼己成为仿生机器人研究的热点。具有推进效率高、耗能少、噪声低、机动性强等特点的仿生机器鱼是研究人员- - 直追求的目标。游动机理、驱动材料、推进技术、控制技术、能源供给和水下通讯技术将是未来仿生机器鱼研究的关键问题。仿生机器鱼是未来水下机器人的重要组成部分,随着相关技术的发展,仿生机器鱼的功能日趋完善,必然成为人类探索海洋的重要工具。